雷達液位計在水位測量中（zhōng）常見問題與解決方案

在幹灘、有漂浮物幹擾的情況下進行水文測量（liàng）時，雷達（dá）液位計監測的（de）水位數據會發生跳變，結果導致測量失敗。適當增強雷達液位計發（fā）射功率（lǜ）使反射波信號強度增大，可降低數據跳變的（de）概率；通過常供電可保證設（shè）備長期穩定運行，減少（shǎo）數據（jù）跳（tiào）變的幾率；采用數據（jù）多值平均可較好過濾掉（diào）跳變（biàn）數據。將上述三種方式有效結合，可大幅度提高水文測流數據的（de）準確性。

雷達液位計目前較為廣泛的應用於液灌的液位測量，其液位麵平靜，雷達波反射較（jiào）好，測量精度高。引入水利行業應用後，在測量河、湖、水庫等（děng）水位時，若波浪（làng）不大或無明顯幹擾物的狀態下，雷達液位計測量精度高，安（ān）全可靠，不失為一種**的（de）水（shuǐ）位測（cè）量設備。但（dàn）實際應（yīng）用中水環境較為複雜，設備常受到較（jiào）大波浪（làng）、漂浮物、結冰、浮雪、幹灘等因素幹擾，出現數據跳變，導致測量數據無（wú）法使用。

針對水環境的複雜情況（kuàng），對（duì）雷達液（yè）位計及附屬模塊的供電模式、發（fā）射功率及數據計算等幾方麵進行改造，可有效地降低以上幹擾（rǎo）因素的影響，保證雷達液位計的穩定（dìng）可靠運行。經多（duō）次試驗，此方法穩定可靠，改造後的係統在實際應用中效果顯著（zhe）。

1、雷達液位計工作模式

雷達液（yè）位計是基於（yú）時間行程原理的測量儀表，工作原理為其發射單元發出以光速運行的脈衝雷達波，當脈衝遇到液位表麵時反射回來被儀表內的接收（shōu）器單元接收，並將距離信（xìn）號轉化為液位信號，從而計算出液位深度。

水利行業中（zhōng）的水位值測量也是基於此工作原理，其係（xì）統基本組成為：雷達液位計、RTU（Remote Terminal Unit，即遠程終端控製單元）、DTU（Data Transfer unit，即數據傳輸單元）、立杆及基礎、供電單元、防雷接（jiē）地單元等，其結構如圖1所示。

由於水利行業的水位測量環境複雜，在水麵平靜且無漂浮物等幹擾時，雷達液位計可精準的對水位進行測量。但若（ruò）有較大波浪（làng）、漂浮物、結冰、浮雪（xuě）、幹（gàn）灘等諸多幹（gàn）擾的（de）情況下，數（shù）據跳變的問題使得測量準確度大大降低。

2、數據跳變問題的（de）分析與（yǔ）研究（jiū）

2.1 數據跳（tiào）變的原因分析

雷達液位計的工作原理（lǐ）可（kě）簡單概（gài）括為如下：雷達液位計發射雷達（dá）波-水麵反射雷達波-雷達（dá）液位計接收雷達波。在以上三個過程中，雷達液位計本身的技術指標決定了發射與接收過程（chéng）的（de）信號質量，而（ér）水麵反射（shè）雷達波的過程對信號強度產生至關重要的影響，在此過程中各種幹擾因素會使反射波信號強度降低，使得雷達（dá）液位計接收到的反射波太弱或接收不到反射波，導致水位測量失敗。

2.2 解決數據跳變的“三（sān）步走”

（1）加大發射功率，增強信號反射。既然反射波（bō）的強弱決定水（shuǐ）位測量的成（chéng）敗，且不同的幹擾物造成的影響不同，為更好地分析各類（lèi）幹（gàn）擾的影響，我們模擬了平穩的水（shuǐ）環（huán）境、大波浪水麵（miàn）、有（yǒu）漂浮物水麵、戈壁幹灘等各（gè）種不同情況，采（cǎi）用30M量程發射功率的雷達液位計在10M 高度進行測試，以保證信號反射的（de）量（liàng）程一（yī）致（zhì）。多次實驗結果表（biǎo）明：平穩的（de）水環境基本能夠正常反射信號，而大波浪水（shuǐ）麵出現數據波動，有漂浮堆積物的（de）水麵、戈（gē）壁幹（gàn）灘則出現數據跳變（biàn）。我們將發射功率加大到70M 量程，則基本不出現數（shù）據跳變的問題；經過（guò）反（fǎn）複驗證，適當加大（dà）發射（shè）功率可有效降低數據跳變概率。

（2）改（gǎi）用常供電，保證工作狀態穩定。野外監測設備通常采用太陽（yáng）能供電模式，為了（le）能夠更好地保證係統用電，RTU會對雷達液位計進行供（gòng）電控製：一般數據采集頻次設置為不小（xiǎo）於6 分鍾，在（zài）采（cǎi）集數據發射的間隔期，RTU將停止對雷（léi）達液位計進行供電，且RTU自身也會進（jìn）入休眠狀態以降低功耗，在下（xià）一個數據采集周期（qī）RTU 自動蘇醒，並給雷達（dá）液位計供電。在雷達（dá）液位（wèi）計經幾十秒的加電預熱後，RTU 對（duì）其發送數據采集指（zhǐ）令，獲取到回傳的數據後進行發送。

雷達液位計供電預熱的（de）時長受外界氣溫的變化影響較大，一般高溫度（25℃以上（shàng））時在28 秒左右，低溫（-10℃以下）時會增長到45 秒左右，且RTU為雷（léi）達液位計加電的瞬間會產生較大的啟動工作電流，不但增加功耗，還將縮短雷達液位計的使用（yòng）壽命。目前使用（yòng）的（de）RTU 和雷達液位計均（jun1）采用低功耗元器件製造，因此適當增加太陽能板和蓄電池的容量，可保證RTU和雷達液位計長時間工（gōng）作，為（wéi）增強（qiáng）其穩定性（xìng），*二步實驗采用常供電的模式（shì）：即RTU給雷達液位計持續加電，保（bǎo）證其一直處於穩（wěn）定的工作狀態。通過（guò）多次實驗對比（bǐ），低溫時常供電工（gōng）作方式（shì）對雷達液位計數據測量效果突出，數據跳（tiào）變的幾率（lǜ）降低60%以上，數（shù）據可用率得到了較大提（tí）高。

（3）多次均值測量（liàng），過濾跳（tiào）變（biàn）數據。為了能夠更好地（dì）處理（lǐ）特例的數據（jù）跳變，*三步，我們（men）對雷達液位（wèi）計CPU內固化的軟件程（chéng）序進行優化，以此更大（dà）程度地（dì）避免跳變（biàn）數據的出現。CPU 內固化的軟件程序（xù）原有數據（jù）處理（lǐ）模式為：發射脈衝波後並接（jiē）收到反射波即迅速（sù）處理一組數據，作為測量（liàng）數據回送給RTU，因此易將跳變數據作為正常數據來處理。通過常供（gòng）電（diàn）工作模式的調整，雷達液位計一直處於穩定工作狀態，CPU內的程序可控製雷（léi）達液位計按照特定（dìng）的周期發射脈衝波後進行（háng）接收處理，獲得（dé）采集數據。實驗中按照每0.5 秒鍾（zhōng）發射一組雷達波，進行一次數據（jù）處理，並將數據進（jìn）行存（cún）儲，連續采集18 組（zǔ）數據，去掉4 組*大值和4 組*小值後（hòu），取平均值作（zuò）為可（kě）用數據測（cè）量值返回給RTU，通（tōng）過RTU 發送數據。

通過“三步走（zǒu）”的調整和優化，雷達液位計工作（zuò）穩定可靠，經過不同環境下（xià）的多次實驗，改造後（hòu）的雷達液位計（jì）很好地屏蔽了數據跳變現象，可以應用（yòng）到生產過程中。

新疆地區的流域水資源整合項目中采用了300 餘個雷達液位（wèi）計，在（zài）實（shí）際應用中均不同程度出現數據跳變問題，冬季時問題更為嚴重，依本文所中的解決方案改造後，目（mù）前各雷達液位計均能正常（cháng）工作。經人（rén）工驗證，數據準確無誤，證明方案切實可行（háng）。

因精度高、安裝方便、維護簡單，雷達液位計作為（wéi）水位測量設備已（yǐ）在水利行業中得到了廣（guǎng）泛（fàn）應用，本文研究通過軟硬件結合調整的方式，很好地解決了雷（léi）達液位計受環境影響導致的數據跳變問題，並在實（shí）際生（shēng）產（chǎn）中得到（dào）了驗證，該方案可推進雷達液位計在水利行（háng）業的進一步應用，也可為其他行業同類應用起到很好的借鑒（jiàn）作用。